레이저 커팅 초점 선택을 위한 전문가 팁

시트를 절단하기 전에 레이저 초점과 절단할 재료 사이의 거리를 적절히 조정해야 합니다.

초점 위치가 다르면 절단 재료의 단면 정밀도가 달라질 수 있을 뿐만 아니라 바닥 슬래깅의 차이가 발생하고 재료 절단에 실패할 수도 있습니다.

레이저 절단기의 초점 위치 선택은 공작물과 절단할 재료에 따라 달라집니다.

올바른 선택을 하려면 다음과 같은 사항을 확인하는 것이 중요합니다. 레이저 커팅 기계를 사용하기 전에 고품질 절단과 적절한 기계 작동을 보장합니다.

포지티브 포커스 커팅

포지티브 포커스 절단은 레이저 빔의 초점이 소재 표면 위에 위치하여 초점이 공작물 상단에 위치하는 기술입니다. 이 방법은 다양한 절단 응용 분야, 특히 탄소강 산소 절단 및 후판의 고출력 레이저 절단에 여러 가지 이점을 제공합니다.

탄소강 산소 절단에서는 일반적으로 절단 품질과 공정 효율에 유익한 효과로 인해 포지티브 포커스가 선호됩니다. 그 결과 절단 프로파일은 공작물 하단이 상단에 비해 더 넓은 커프를 나타냅니다. 이러한 테이퍼 모양은 슬래그 제거를 용이하게 하고 절단 바닥까지 산소 침투를 개선하여 재료 두께 전체에 걸쳐 완전한 산화를 촉진합니다.

초점 범위를 조정하여 포지티브 포커스 커팅의 효과를 더욱 최적화할 수 있습니다. 특정 한계 내에서 포지티브 초점 거리를 늘리면 플레이트 표면의 스팟 크기가 더 커집니다. 이렇게 확장된 빔 직경은 절단 영역 주변의 예열과 열 분포를 개선하여 탄소강 절단 표면을 더 매끄럽고 밝게 만듭니다. 또한 열 분포가 개선되어 절단 품질이 더욱 일관되고 드로스 형성과 같은 결함의 위험이 감소합니다.

두꺼운 스테인리스 강판의 10,000와트 레이저 펄스 절단과 같은 고출력 레이저 절단 작업의 경우 포지티브 포커스 절단은 상당한 이점을 제공합니다. 절단 깊이 전체에서 일관된 빔 프로파일을 유지하여 안정적인 절단 품질을 제공합니다. 이러한 안정성은 용융된 재료가 절단 바닥에 달라붙는 것을 방지하기 때문에 두꺼운 판재 절단에서 슬래그 제거에 특히 유용합니다. 또한 포지티브 포커스 기술은 레이저 빔이 절단 바닥에서 반사되어 커팅 헤드 광학 장치를 손상시킬 수 있는 역청색광 현상의 위험을 줄여줍니다.

그림 1은 포지티브 포커스 절단 설정과 절단 프로세스에 미치는 영향을 보여 주며, 절단 품질이 향상되고 광학 손상 위험이 줄어드는 것을 보여줍니다.

그림 1 12000W의 효과 레이저 커팅 포지티브 초점이 있는 탄소강

네거티브 포커스 커팅

네거티브 포커스 커팅은 초점이 소재 표면 아래, 공작물 내부에 위치하는 고급 레이저 커팅 기술입니다. 이 전략적인 초점 배치는 특정 응용 분야에서 뚜렷한 이점을 제공합니다.

이 모드에서는 초점이 더 깊게 위치하기 때문에 절단 표면에서 더 넓은 빔이 생성되어 포지티브 포커스 절단에 비해 공작물 내에서 상대적으로 더 큰 커프 폭이 생성됩니다. 이 방식은 절단 내내 충분한 온도를 유지하기 위해 더 많은 절단 가스 흐름과 더 높은 에너지 투입이 필요하지만, 몇 가지 장점이 있습니다:

1. 향상된 절단 품질: 네거티브 포커스 절단은 스테인리스 스틸 가공에 특히 효과적이며, 균일한 절단 표면 패턴과 우수한 단면 마감을 만들어냅니다. 표면의 더 넓은 빔은 절단 공정을 안정화하여 드로스 형성 가능성을 줄이고 열 영향 구역을 최소화하는 데 도움이 됩니다.
2. 피어싱 성능 향상: 피어싱을 통해 절단을 시작할 때는 네거티브 포커스를 사용하는 것이 좋습니다. 이 기술은 초점에서 에너지 밀도를 최대화하면서 최소한의 천공 지점 크기를 보장합니다. 집중된 에너지는 특히 두꺼운 재료에서 빠르고 깔끔하게 관통할 수 있습니다.
3. 깊이에 따른 초점 조정: 천공 깊이가 증가함에 따라 음의 초점 포인트도 그에 맞게 조정해야 합니다. 일반적으로 그림 2와 같이 천공이 깊을수록 절단 전면에서 최적의 에너지 집중을 유지하기 위해 더 큰 네거티브 초점 오프셋이 필요합니다.
4. 초점 위치에 대한 민감도 감소: 표면의 빔이 더 넓어지면 초점 위치의 작은 변화에 덜 민감해져 표면이 불규칙한 재료를 절단하거나 정밀도가 떨어지는 위치 결정 시스템으로 작업할 때 유용할 수 있습니다.

그러나 작업자는 네거티브 포커스 커팅의 이점과 전력 및 가스 소비 증가 사이의 균형을 신중하게 유지해야 합니다. 레이저 출력, 보조 가스 압력, 절단 속도 등 절단 파라미터를 적절히 최적화하는 것은 공정 효율성을 유지하면서 이 기술의 장점을 최대한 활용하기 위해 매우 중요합니다.

그림 2 스테인리스 스틸에 네거티브 포커스가 있는 6000W 레이저의 효과

제로 포커스 커팅

제로 포커스 커팅은 레이저 빔의 초점이 공작물 표면에 정확하게 위치하는 정밀 레이저 커팅 기술입니다. 이 방법은 독특한 절단 프로파일을 생성합니다. 초점 근처의 위쪽 표면은 비교적 매끄러운 마감을 나타내며, 초점에서 멀리 떨어진 아래쪽 표면은 상대적으로 거친 질감을 나타냅니다.

이 기술은 주로 두 가지 주요 애플리케이션에 사용됩니다:

1. 얇은 판재 절단: 일반적으로 3mm 미만의 얇은 금속 시트를 가공하기 위해 연속파 레이저를 사용하는 경우. 표면에 집중된 에너지로 열 영향 영역(HAZ)을 최소화하면서 깨끗하고 정밀하게 절단할 수 있습니다.
2. 포일 레이어 가공: 펄스 레이저를 사용하여 초박형 금속 포일(보통 0.1mm 미만)을 절단하는 경우. 각 펄스의 높은 피크 출력으로 초점에서 재료를 빠르게 기화시켜 열 왜곡이 거의 없는 매우 깨끗한 가장자리를 만들 수 있습니다.

제로 포커스 커팅은 커프 폭 감소, 입사면의 가장자리 품질 개선, 얇은 소재의 복잡한 패턴 절단 기능 등 여러 가지 이점을 제공합니다. 하지만 정밀한 초점 거리 제어가 필요하며 일반적으로 관통 두께의 일관성이 중요한 두꺼운 재료에는 적합하지 않습니다.

그림 3 제로 초점에서 얇은 탄소강판의 2000W 레이저 절단

철저한 검사로 더 나은 절단이 가능합니다.

1) 렌즈의 청결 상태.

10,000와트 레이저 커팅 헤드의 렌즈는 10,000와트 레이저 커팅기에 매우 중요합니다. 렌즈의 청결도는 기계의 가공 성능과 절단 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.

렌즈가 더러우면 커팅 결과에 부정적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 커팅 헤드와 레이저 출력 헤드의 내부 부품이 손상될 수 있습니다.

절단하기 전에 사전 점검을 수행하면 심각한 손상을 방지할 수 있습니다.

빨간불 감지 방법은 표 1에 나와 있습니다.

표 1 적색광 감지 방법

노즐	2mm 이상의 단일 노즐	렌즈 청소	더티 렌즈
방법	1. 레이저가 켜지면 빨간색 표시등이 켜집니다;
	2. 흰색 용지가 커팅 헤드 노즐에서 약 300mm 떨어져 있어야 빨간색 표시등을 볼 수 있습니다;
	3. 빨간색 불빛에 검은 반점이나 불규칙한 검은 물체가 있으면 렌즈가 더러운 것이므로 자르고 디버깅하기 전에 렌즈를 청소해야 합니다.

2) 동축 디버깅.

노즐 배출구와 레이저 빔의 동축성은 절단 품질에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 노즐과 레이저 빔의 정렬이 맞지 않으면 절단 표면이 불규칙해질 수 있습니다. 심한 경우 레이저 빔이 노즐에 닿아 노즐이 과열되어 화상을 입을 수 있습니다.

동축 디버깅 방법은 표 2에 나와 있습니다.

표 2 동축 디버깅 방법

노즐	노즐 1.2mm	일반 동축	비정상 동축
도구	스티커 테이프	동축 3개
방법	1. 초점 0에서 동축 조정으로 레이저가 노즐의 중앙에 오도록 합니다;
	2. 초점 ±6mm의 조명;
	3. 초점 0과 ±6mm 타격 광점이 노즐 중앙에 있으면 정상입니다. 그렇지 않은 경우 커팅 헤드 또는 레이저 광 경로 오프셋을 교체해야 합니다.

(3) 현물 분포를 확인합니다.

레이저 스폿의 모양은 레이저 에너지의 측면 방향 분포를 직접적으로 반영합니다. 레이저 스폿의 원형 의 값은 다른 방향으로의 에너지 분포의 균일성을 나타냅니다.

모든 방향에 균일한 에너지 분포를 가진 고도로 둥근 스팟은 모든 방향에서 매끄러운 절단 표면과 일관된 절단 속도를 보장하여 절단 제품의 품질을 보장할 수 있습니다.

표 3은 현물 배포 확인 방법입니다.

표 3 동축 디버깅 방법

노즐	2mm 이상의 단일 노즐	일반 레이저 스팟	비정상적인 레이저 스팟
도구	검은색 레이저 스팟 용지
방법	1. 검은색 레이저 스팟 용지는 커팅 헤드 노즐에서 약 300mm 떨어진 곳에 스팟을 만듭니다;
	2. 검은 반점이 있으면 렌즈가 더러워진 것입니다;
	3. 스폿이 둥글지 않고 중심이 이동하면 레이저 스폿이 제대로 분산되지 않은 것입니다.

(4) 노즐 열 범위 테스트.

두꺼운 탄소강판을 절단하기 위해 10,000와트 레이저를 사용할 때 발생하는 주요 문제 중 하나는 노즐의 과열입니다. 이 문제를 해결하려면 절단 공정을 시작하기 전에 최대 출력에서 다양한 노즐 크기와 초점에 대한 노즐 온도를 테스트하는 것이 중요합니다.

테스트를 수행하기 전에 광점이 노즐 배출구 중앙에 오도록 동축을 정렬해야 합니다. 또한 절단용 냉각 가스 시스템을 노즐에 설치해야 합니다.

테스트 방법:

적절한 양의 물이 채워진 철제 버킷을 커팅 헤드 아래에 놓아야 합니다.

보조 가스(가스 종류와 공기 압력은 절단에 필요한 특정 요구 사항에 따라 조정해야 함)를 먼저 분사하고 레이저를 30초 동안 최대 출력으로 작동하여 노즐 온도의 변화를 모니터링해야 합니다.

그런 다음 노즐 크기를 변경하고 테스트 프로세스를 반복해야 합니다.

다양한 노즐의 열 발생량을 기록하여 후속 절단 공정 설정을 위한 참고 자료로 사용해야 합니다.

노즐 온도가 좁은 범위 내에서 유지되지 않으면 커팅 헤드, 노즐, 렌즈 또는 레이저에 문제가 있을 수 있으며, 커팅 프로세스 설정의 다음 단계를 진행하기 전에 추가 문제 해결을 수행해야 합니다.

결론

레이저 절단에 포지티브 초점 또는 네거티브 초점 중 하나를 선택하는 것은 금속 소재 절단되는 소재(예: 스테인리스 스틸 또는 탄소강)가 아니라 사용되는 절단 방법(예: 산화 절단 또는 융착 절단)에 따라 달라집니다.

레이저 절단기로 가공하는 공작물마다 다른 초점 패턴이 필요할 수 있습니다.

D스테인리스 스틸과 탄소강 절단에 대한 포지티브 및 네거티브 포커스의 다양한 효과를 고려하고 개별 가공 요구 사항을 고려하여 사용자는 레이저 절단기의 성능 이점을 최대한 활용하기 위해 적절한 초점 절단 방법을 선택할 수 있습니다.

다른 브랜드의 15kW 레이저의 경우, 일반적으로 탄소강과 스테인리스강 모두 비슷한 절단 결과와 가공 효율을 제공합니다.